Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по экологическому мониторингу. Часть 1. Экологический мониторинг гидросферы. Учебное пособие
.pdf
41
Лабораторная работа № 10. Определение химического
потребления кислорода(ХПК)
Цель работы: определить показатель химического потребления
кислорода бихроматным методом в исследуемой сточной воде.
Метод А
(бихроматный арбитражный метод)
Приборы, посуда, реактивы: пипетки на 10, 20 мл ; бюретки на
25 мл ; конические колбы на 250 мл ; обратный холодильник ;
магнитная мешалка ; серная кислота ( ρ = 1,84 г/см3 ) ; сульфат серебра
твердый ; раствор N- фенилантрониловой кислоты ( 0,25 г растворяют
в 12 мл 0,1 н раствора едкого натра и доводят объем до 250 мл
дистиллированной водой ); 0,25 н. раствор бихромата калия ; 0,25 н.
раствор соли Мора ( 98 г соли Мора растворяют в 250 мл
дистиллированной воды, добавляют 20 мл, концентрированной серной
кислоты и доводят объем до 1 л дистиллированной водой ); сульфат
ртути кристаллический.
Порядок выполнения работы и обработка результатов
1. Отбирают такой объем анализируемой сточной воды, чтобы на
окисление расходовалось не более 20 мл раствора бихромата калия, с
содержанием хлорид – ионов не более 40мг. Пробу разбавляют до 50
мл дистиллированной водой и переносят в круглодонную колбу с
объемом 300 мл. Прибавляют 1 г сульфата ртути (II), 5мл серной
кислоты, перемешивают до растворения сульфата ртути, затем
приливают 25 мл стандартного раствора бихромата калия, очень
осторожно, малыми порциями приливают 70 мл серной кислоты,
прибавляют 0,4 … 0,5 г сульфата серебра, вводят в колбу несколько
стеклянных бусин, закрывают пробкой, соединенной с обратным
холодильником, нагревают до слабого кипения, которое
поддерживают в течение 2 ч.
2. Затем охлаждают, обмывают стенки холодильника 25 мл
дистиллированной воды и переносят содержимое этой колбы в
коническую колбу объемом 500 мл, обмывая стенки первой колбы
несколько раз дистиллированной водой, доводя общий объем до 300
мл, затем вводят 10 капель раствора N- фенилантрониловой кислоты.
3. Перед титрованием определяют титр раствора соли Мора по
раствору бихромата калия. Для этого 25 мл раствора бихромата калия
42
V
Nва
ХПК
8000
разбавляют дистиллированной водой до 250 мл, приливают 20 мл
концентрированной кислоты и охлаждают. Затем прибавляют 5… 10
капель раствора N- фенилантрониловой кислоты и титруют раствором
соли Мора от постепенно меняющейся буро – синей окраски в
изумрудно – зеленый цвет. Титр раствора соли Мора устанавливают,
исходя из соотношения:
N
V
C.M.
= N
C.M.
4. Приготовленную пробу сточной воды оттитровывают
титрованным раствором соли Мора.
5. Проводят холостой опыт, используя вместо сточной 50 мл
дистиллированной воды.
Метод Б
Ускоренный метод определения ХПК
1.В пробу сточной воды (в количестве 5мл) помещают в
коническую колбу, добавляют 2,5 мл 0,25 н. раствора бихромата
калия, 0,2 г сульфата ртути, при интенсивном перемешивании
приливают 15 мл концентрированной серной кислоты. Температура
реакционной смеси повышается до 100о С. Через 2 мин смесь
охлаждают до комнатной температуры.
2. В колбу приливают 100 мл дистиллированной воды и
титруют избыток бихромата калия 0,25 н. раствором соли Мора, в
присутствии N- фенилантрониловой кислоты.
Химическое потребление кислорода, выраженное числом мг
О2,/л, вычисляют по формуле :
K2Cr2O7
V
K2Cr2O7
,
где а, в – объем раствора соли Мора, израсходованное на титрование
в холостом опыте и пробы соответственно, мл; N – нормальность
титрованного раствора соли Мора, экв/л; V – объем анализируемой
сточной воды, мл; 8000 – молярная масса, в мг/л, ½ О2(с учетом
размерности)..
Лабораторная работа № 11. Определение концентрации сульфат-
ионов в воде
Цель работы: определить содержание сульфат-ионов в пробе
анализируемой воды.
Теоретическое обоснование
По установленным стандартам содержание сульфат – ионов в воде
источников централизованного водоснабжения не должно превышать
500 мг/л, но, как правило, в речной воде концентрация сульфат – ионов
43
составляет не более 100-150 мг/л. Повышенная концентрация
сульфатов может свидетельствовать о загрязнении источника
сточными водами, в основном производственными.
Повышенное содержание сульфатов в воде ухудшает вкусовые
свойства, увеличивает агрессивность.
Присутствуют практически во всех поверхностных водах и
являются одним из важнейших анионов.
Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются
процессы химического выветривания и растворения серосодержащих
минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы:
2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4;
2S + 3O2 + 2H2O = 2H2SO4.
Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в
процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных
веществ растительного и животного происхождения и с подземным
стоком.
В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в
промышленных стоках производств, в которых используется серная
кислота, например, окисление пирита. Сульфаты выносятся также со
сточными водами коммунального хозяйства и сельскохозяйственного
производства.
Ионная форма SO
вод. При увеличении минерализации сульфатные ионы склонны к
образованию устойчивых ассоциированных нейтральных пар типа
CaSO4, MgSO4.
Содержание сульфатных ионов в растворе ограничивается
сравнительно малой растворимостью сульфата кальция (произведение
растворимости сульфата кальция L=6,1.10-5). При низких
концентрациях кальция, а также в присутствии посторонних солей
концентрация сульфатов может значительно повышаться.
Сульфаты активно участвуют в сложном круговороте серы. При
отсутствии кислорода под действием сульфатредуцирующих бактерий
они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые при
появлении в природной воде кислорода снова окисляются до
сульфатов. Растения и другие автотрофные организмы извлекают
растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества.
После отмирания живых клеток гетеротрофные бактерии освобождают
серу протеинов в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов
в присутствии кислорода.
Концентрация сульфата в природной воде лежит в широких
пределах. В речных водах и в водах пресных озер содержание
2-
характерна только для маломинерализованных
4
44
сульфатов часто колеблется от 5–10 до 60 мг/дм3, в дождевых водах –
от 1 до 10 мг/дм3. В подземных водах содержание сульфатов нередко
достигает значительно больших величин.
Концентрация сульфатов в поверхностных водах подвержена
заметным сезонным колебаниям и обычно коррелирует с изменением
общей минерализации воды. Важнейшим фактором, определяющим
режим сульфатов, являются меняющиеся соотношения между
поверхностным и подземным стоком. Заметное влияние оказывают
окислительно-восстановительные процессы, биологическая обстановка
в водном объекте и хозяйственная деятельность человека.
Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические
свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм
человека. Поскольку сульфат обладает слабительными свойствами, его
предельно допустимая концентрация строго регламентируется
нормативными актами. Весьма жесткие требования по содержанию
сульфатов предъявляются к водам, питающим паросиловые установки,
поскольку в присутствии кальция сульфаты образуют прочную накипь.
Вкусовой порог сульфата магния лежит в пределах от 400 до 600
мг/дм3, для сульфата кальция – от 250 до 800 мг/дм3. Наличие сульфата
в промышленной и питьевой воде может быть как полезным, так и
вредным.
Существует много способов определения сульфат-ионов в воде.
Наиболее распространенным является комплексометрический метод.
Регламентирует определение содержания сульфат-ионов РД 52.24.57-
88.
Для определения сульфатов во всех типах вод, включая морскую
воду и большинство промышленных стоков, применяют
гравиметрический метод по ИСО 9280. Данным методом определяют
концентрации SO
200мл. Более высокие концентрации можно определить после
разбавления пробы. Сущность метода заключается в осаждении
сульфата в виде нерастворимой соли бария с последующим
гравиметрическим определением.
Приборы, посуда, реактивы: конические колбы на 250 мл;
бюретки; электрическая плитка; соляная кислота 0,1 н. раствор; хлорид
бария, содержащий ионы магния (10 г BaCl22H2O и 4 г MgCl26H2O
растворяют в 1 л дистиллированной воды); 0,1 н. раствор едкого натра;
аммиачный буфер (20 г хлорида аммония, 100 мл 20%-ного раствора
аммиака растворяют в дистиллированной воде, доводя объем до 1 л);
эриохром черный Т ( 0,5 г индикатора и 10 мл аммиачного буферного
2-
в диапазоне 10–5000мг/л при объеме пробы 10–
4
45
раствора растворяют в этиловом спирте, доводя объем до 100 мл );
раствор ЭДТА 0,05 м; основной стандартный раствор сернокислого
калия (0,9071 г К2SO4 растворяют в мерной колбе на 1л в
дистиллированной воде и доводят объем до метки. 1мл раствора
содержит 0,5 мг сульфат-иона); рабочий раствор сернокислого калия (
основной раствор разбавляют 1:10. 1мл раствора содержит 0,05 мг
сульфат-иона; 5%-ный раствор хлористого бария (5г BaCl22H2O
растворяют в дистиллированной воде и доводят объем до 100мл).
Порядок выполнения работы и обработка результатов
Анализ состоит из двух этапов: качественной пробы и
количественного определения, согласно ГОСТ 4389-72.
1 этап. Качественная проба
В колориметрическую пробирку диаметром 14-15 мм наливают
10мл исследуемой воды, добавляют 0,5 мл соляной кислоты (1:5).
Одновременно готовят стандартную шкалу. Для этого в такие же
пробирки наливают 2; 4; 8мл рабочего раствора сернокислого калия и
1,6; 3,2; 6,4мл основного раствора сернокислого калия и доводят
дистиллированной водой до 10 мл, получая таким образом
стандартную шкалу с содержанием: 10, 20, 40, 80, 160, 320 мг/л
сульфат-иона. Прибавляют в каждую пробирку по 0,5 мл соляной
кислоты (1:5), затем в исследуемую воду и образцовые растворы по 2
мл 5%-ного раствора хлористого бария, закрывают пробками,
перемешивают и сравнивают со стандартной шкалой.
2 этап. Количественное определение
В зависимости от предполагаемого содержания сульфат-иона
(качественная проба) отмеривают 100-500мл воды с таким расчетом,
чтобы концентрация SO
случае необходимости воду разбавляют.
1. В коническую колбу на 250 мл приливают 50 мл исследуемой
воды, 2 капли индикатора метилового красного и подкисляют 0,2 н.
раствором соляной кислоты. Затем кипятят 3–5 мин. для удаления
углекислого газа. К кипящему раствору прибавляют 1 мл раствора
BaCl2, содержащего ионы магния и кипятят еще 10–15 мин. Часть
ионов Ba2+ расходуется на связывание SO
исследуемую воду нейтрализуют 0,1 н. раствором едкого натра до
перехода окраски из красной в желтую. Затем добавляют 5 мл
аммиачной буферной смеси, несколько капель эриохрома черного Т и
титруют 0,05 н. раствором ЭДТА (V3).
2. В пробе №1 определяют объем раствора ЭДТА (V1),
необходимого для титрования 1 мл раствора BaCl2, содержащего ионы
2-
не превышала 25-30 мг в 100мл пробы. В
4
2-
. Через 10–15 мин
4
46
магния. Пробу готовят следующим образом: 1 мл раствора BaCl2,
имеющего ионы магния помещают в колбу, доводят объем до 50 мл
дистиллированной водой. Затем добавляют 5 мл аммиачного буфера и
несколько капель эриохрома черного Т. Титруют 0,05 н. раствором
ЭДТА.
3. В пробе № 2 определяем объем раствора ЭДТА (V2). Для этого
50 мл исследуемой пробы воды помещают в колбу, добавляют 5 мл
аммиачного буфера и несколько капель эриохрома черного Т. Титруют
0,05 н. раствором ЭДТА, наблюдая изменение окраски из краснофиолетовой в сине-фиолетовую.
Содержание ионов SO
x = (V1+V2-V3) Э N 1000/V4 (11)
где N – нормальность раствора ЭДТА, экв/л; Э – молекулярная масса
эквивалента сульфат-иона, г моль; V4 – объем исследуемой воды, мл.
Лабораторная работа № 12. Определение концентрации хлорид-
Цель работы: определить содержание хлорид-ионов в пробе
анализируемой воды.
Хлориды являются составной частью большинства природных вод.
Содержание хлоридов естественного происхождения имеет большой
диапазон колебаний. Однако в воде рек концентрация хлоридов
невелика – она не превышает обычно 10–30 мг/л, поэтому повышенное
содержание хлорид-ионов указывает на загрязнение источника
сточными водами. В воде источников централизованного
водоснабжения концентрация хлорид-ионов не должна превышать 350
мг/л.
В речных водах и водах пресных озер содержание хлоридов
колеблется от долей миллиграмма до десятков, сотен, а иногда и тысяч
миллиграммов на литр. В морских и подземных водах содержание
хлоридов значительно выше - вплоть до пересыщенных растворов и
рассолов.
Хлориды являются преобладающим анионом в
высокоминерализованных водах. Концентрация хлоридов в
поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям,
коррелирующим с изменением общей минерализации воды.
2-
, мг/л, определяют по следующей формуле:
4
ионов
Теоретические обоснования
47
Первичными источниками хлоридов являются магматические
породы, в состав которых входят хлорсодержащие минералы (содалит,
хлорапатит и др.), соленосные отложения, в основном галит.
Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате
обмена с океаном через атмосферу, взаимодействия атмосферных
осадков с почвами, особенно засоленными, а также при вулканических
выбросах. Возрастающее значение приобретают промышленные и
хозяйственно-бытовые сточные воды.
В отличие от сульфатных и карбонатных ионов, хлориды не
склонны к образованию ассоциированных ионных пар. Из всех
анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью,
что объясняется их хорошей растворимостью, слабо выраженной
способностью к сорбции на взвесях и потреблением водными
организмами. Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые
качества воды и делают ее малопригодной для питьевого
водоснабжения и ограничивают применение для многих технических и
хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных
угодий. Если в питьевой воде есть ионы натрия, то концентрация
хлорида выше 250 мг/дм3 придает воде соленый вкус. Концентрации
хлоридов и их колебания, в том числе суточные, могут служить одним
из критериев загрязненности водоема хозяйственно-бытовыми
стоками.
Нет данных о том, что невысокие концентрации хлоридов
оказывают вредное влияние на человека. ПДКв составляет 350 мг/дм3,
ПДКвр – 300 мг/дм3.
Лимитирование верхнего предела концентрации хлоридов
обусловлено тем, что более высокие концентрации этих ионов
придают воде солноватый вкус и могут вызывать нарушение в работе
желудочно-кишечного тракта у людей. При некоторых соотношениях
сульфатов и хлоридов вода становится агрессивной по отношению к
различным типам бетона.
Существует несколько способов определения концентрации
хлорид- ионов в воде. Наиболее распространенными являются
меркуриметрический и фотометрические методы. Второй способ
является наиболее точным.
Приборы, посуда, реактивы: фотоэлектрокалориметр или
нефелометр; кюветы; пипетки; бюретки; капельницы для индикаторов;
конические колбы; смешанный индикатор (0,05 г дифенилкарбозона и
0,05 г бромфенолового синего растворяют в 100 мл этилового спирта);
0,2 н. раствор HNO3; 0.05 н. раствор Hg(NO3)2; нитрат серебра 0,005 н.
раствор; 0,1 М раствор азотной кислоты; 50%-ный раствор этилового
48
спирта; стандартный раствор хлорида калия (0,1015 г хлорида калия
растворяют в дистиллированной воде, доводя объем до 500 мл ),
Порядок выполнения работы и обработка результатов
Метод А
(меркуриметрический метод)
1.. 100 мл исследуемой воды отбирают пипеткой в коническую
колбу и добавляют 5 капель смешанного индикатора. Для достижения
pH=2,5 прибавляют по каплям 0,2 н. раствор HNO3 до перехода
окраски из синей в желтую, затем прибавляют еще 1 мл кислоты.
2. Титрование проводят 0,05 н. раствором Hg(NO3)2 до перехода
окраски индикатора из желтой в фиолетовую. Расчет концентрации
хлорид-ионов проводят по формуле:
X=V1NЭ1000/V2 (12)
где V1 – объем нитрата ртути (II), пошедшего на титрование пробы, мл;
N – нормальность раствора нитрата ртути (II), экв/л; Э – молярная
масса эквивалента хлора ( 35,5 ), г/моль; V2 – объем анализируемой
пробы, мл.
Метод Б
(фотометрический метод)
1. Для построения калибровочного графика в 5 мерных колб на 50
мл последовательно вводят 1,0; 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 мл стандартного
раствора хлорида калия. В каждую колбу добавляют 20 мл раствора
этанола, 10 мл азотной кислоты и 10 мл раствора нитрата серебра.
Растворы перемешивают и помещают на 30 мин в водяную баню,
нагретую до 40о С. Затем колбы охлаждают до температуры 20о С,
растворы разбавляют дистиллированной водой до метки и
перемешивают. Получают серию суспензий, содержащих
соответственно 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 1.0 мг хлорид-ионов. Растворы
поочередно помещают в кювету и записывают значения оптической
плотности растворов. В качестве раствора сравнения используется
анализируемая вода без добавления реактивов. По полученным
данным строят калибровочный график.
6. В мерную колбу на 50 мл помещают 5–10 мл анализируемой
сточной воды, добавляют 20 мл раствора этанола, 10 мл азотной
кислоты и 10 мл раствора нитрата серебра, перемешивают и нагревают
на водяной бане в течение 30 мин при 40о С. Затем раствор охлаждают
и добавляют дистиллированную воду до метки. Суспензию помещают
49
2
1
1000
V
NЭV
x
в кювету и записывают показания прибора. По калибровочному
графику находят содержание хлорид-ионов во взятом объеме
анализируемой пробы.
Метод В
(аргентометрический метод)
1. В пробу воды объемом 100мл добавить 10 капель 5 %-ного
раствора хромовокислого калия.
2. Титрование проводят раствором нитрата серебра до устойчивой
бурой окраски.
3. Содержание ионов хлора в пробе воды составит х, мг/л
где V1 – объем нитрата серебра, пошедшего на титрование пробы, мл;
N – нормальность раствора нитрата серебра, экв/л; Э – молярная масса
эквивалента хлора (35,5 г/моль); V2 – объем анализируемой пробы, мл.
Лабораторная работа № 13. Определение концентрации фосфат-
ионов
Цель работы: определить содержание фосфат-ионов в
анализируемой воде.
Теоретические обоснования
Фосфор – важнейший биогенный элемент, чаще всего
лимитирующий развитие продуктивности водоемов (табл.1.6).
Поэтому поступление избытка соединений фосфора с водосбора (в
виде минеральных удобрений с поверхностным стоком с полей (с
гектара орошаемых земель выносится 0,4–0,6 кг фосфора), со стоками
с ферм (0,01–0,05 кг/сут. на одно животное), с недоочищенными или
неочищенными бытовыми сточными водами (0,003–0,006 кг/сут. на
одного жителя), а также с некоторыми производственными отходами
приводит к резкому неконтролируемому приросту растительной
биомассы водного объекта (это особенно характерно для непроточных
и малопроточных водоемов). Происходит так называемое изменение
трофического статуса водоема, сопровождающееся перестройкой всего
водного сообщества и ведущее к преобладанию гнилостных процессов
(и, соответственно, возрастанию мутности, солености, концентрации
бактерий).
Концентрация общего растворенного фосфора (минерального и
органического) в незагрязненных природных водах изменяется от 5 до
200 мкг/дм3.
50
Химические
формы Р
Общий
Фильтруемый
(растворенный)
Частицы
Общий
Общий растворенный и
взвешенный фосфор
Общий растворенный
фосфор
Общий фосфор в
частицах
Ортофосфаты
Общий растворенный и
взвешенный фосфор
Растворенные
ортофосфаты
Ортофосфаты в
частицах
Гидролизируемые
кислотой фосфаты
Общие растворенные и
взвешенные
гидролизируемые
кислотой фосфаты
Растворенные
гидролизируемые
кислотой фосфаты
Гидролизируемые
кислотой фосфаты
в частицах
Органический
фосфор
Общий растворенный и
взвешенный
органический фосфор
Растворенный
органический фосфор
Органический
фосфор в частицах
Один из вероятных аспектов процесса эвтрофикации – рост синезеленых водорослей (цианобактерий), многие из которых токсичны.
Выделяемые этими организмами вещества относятся к группе фосфори серосодержащих органических соединений (нервно-паралитических
ядов).
Таблица 1.6
Формы фосфора в природных водах
Действие токсинов сине-зеленых водорослей может проявляться в
возникновении дерматозов, желудочно-кишечных заболеваний; в
особенно тяжелых случаях - при попадании большой массы
водорослей внутрь организма может развиваться паралич.
В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга
состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS) в программы
обязательных наблюдений за составом природных вод включено
определение содержания общего фосфора (растворенного и
взвешенного, в виде органических и минеральных соединений).
Фосфор является важнейшим показателем трофического статуса
природных водоемов.
Природные соединения органического фосфора поступают в
природные воды в результате процессов жизнедеятельности и
посмертного распада водных организмов, обмена с донными
отложениями.
Органические соединения фосфора присутствуют в поверхностных
водах в растворенном, взвешенном и коллоидном состоянии.
Соединения минерального фосфора поступают в природные воды в
результате выветривания и растворения пород, содержащих
ортофосфаты (апатиты и фосфориты) и поступления с поверхности
водосбора в виде орто-, мета-, пиро- и полифосфат-ионов (удобрения,
синтетические моющие средства, добавки, предупреждающие
образование накипи в котлах и т.п.), а также образуются при
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]